CN109964028A - 具有改进的转子翼片的文丘里致动的竖直轴线风力涡轮机 - Google Patents

具有改进的转子翼片的文丘里致动的竖直轴线风力涡轮机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种文丘里致动的风力涡轮机的布置，其具有几何布置的一组转子翼片组件，所述转子翼片组件包括槽、缝翼和襟翼。叶片的径向布置具有竖直扩散器以及水平扩散器的外环，以引导从任何方向进入的风。槽、缝翼和襟翼的组合件被构造成使得该组合模仿与较小的翼片联接的较大的翼片，这会在第一翼片上产生推动作用以及在相反侧上在相同方向上产生拉动作用，从而提高涡轮机的效率。

Description

具有改进的转子翼片的文丘里致动的竖直轴线风力涡轮机
相关申请的交叉引用与优先权
本申请不要求来自任何专利申请的优先权。
技术领域
本公开涉及风力涡轮机领域，并且更具体地涉及具有同心布置的叶片的文丘里致动的竖直轴线风力涡轮机，每个叶片包括多个槽和缝翼，用于偏转风力以用于风流加速。
背景技术
传统的风力涡轮机以风的能量来进行操作，以使不具有移动的或可移除的部件的螺旋桨状叶片在转子周围转动。转子连接至安装着发电机的竖直轴或水平轴，发电机转动从而产生电力。风力涡轮机优选地安装在升高的结构上，以便在一定位置处捕获最大能量，以便接收风的全部作用而不会干扰邻近环境。风力涡轮机可以具有相对于水平方位或竖直方位旋转的叶片。
风能基本上是转化为不同形式的风的动能，使得风成为对环境无害的能源。与依赖燃烧煤炭或燃气的发电厂不同，风能不会污染空气。与传统能源(比如，煤炭)不同，风能是一种可再生能源。围绕水平轴线旋转的风力涡轮机最适合于大型无障碍区域，因此形成为风电场。竖直安置的风力涡轮机非常适合于拥挤区域比如居民区。
只要成本与传统能源相比是竞争性的，使用风力涡轮机就具有经济意义。风力涡轮机的效率还一定比传统的动力源高。
此外，尽管风力发电厂是对环境友好的，但是较大的涡轮机产生了显着的噪音。此外，与喷气发动机一样，水平轴线涡轮机的叶片对鸟类构成安全隐患。
目前的需要是具有将动能转换成机械能的高效率的可再生能源。
以下是关于竖直轴线风力涡轮机的一些专利申请和文献，其中，叶片几何形状显著不同于本发明的叶片几何形状：
Vertical Axis Wind Turbine(竖直轴线风力涡轮机)(US 9022721)
本发明涉及风力涡轮机领域，其中竖直轴线风力涡轮机由同心布置的固定定子叶片形成，该竖直轴线的风力涡轮机向固定至发电机的一定布置的可旋转叶片提供流体流加速，以引起电力的产生。定子叶片通过使用上定子板和下定子板来保持在固定位置。转子叶片包括上板和下板，上板联接至上定子板，而下转子板联接至发电机。
现有的竖直轴线风力涡轮机使用由单个单元组成的固定定子叶片来形成。本领域缺少的是能够生产风力涡轮机的竖直轴线风力涡轮机设计，其中转子叶片通过在后表面上产生的浮力而不是通过转子叶片的前表面上的压力来产生能量。本发明通过引入具有改进的转子叶片几何形状的竖直对齐的风力涡轮机电力发电机来解决这些和其它缺点。
发明内容
提供本发明内容是为了介绍与用于竖直轴线风力涡轮机的系统和方法有关的方面，并且这些方面在下面的详细描述中进一步描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的必要特征，也不旨在用于确定或限制所要求保护的主题的范围。
公开了一种竖直轴线风力涡轮机，其包括由与一个或多个水平扩散器联接的多个几何形状的竖直扩散器构造成的扩散器，其中每个竖直扩散器都包括前侧和尾侧；其中前侧和尾侧逐渐锥化为刀刃状边缘，并且其中每个竖直扩散器都具有连接至顶盖的上端和连接至圆形基座的下端，每个竖直扩散器取向为提供交错角。
本发明进一步包括由具有前缘和尾缘的多个几何形状的转子翼片构造成的转子，该转子翼片具有成形为从所述转子翼片前缘向所述转子翼片尾缘凸出的上表面以及成形为从所述转子翼片前缘向所述转子翼片尾缘凹入的下表面，每个转子翼片都具有固定至旋转基座的上端以及固定至相似旋转基座的下端，所述旋转基座构造并布置成围绕竖直扩散器部段中的纵向轴线旋转；其中所述竖直扩散器的尾侧构造并布置成产生回旋速度，从而流体流在冲击转子翼片之前被加速；其中被引导通过两个相邻竖直扩散器的流体被加速以用于增强转子翼片组件的旋转。
本发明的其它目的和优点将从以下结合任何附图的描述中变得显而易见，其中通过说明和示例阐述了本发明的某些实施例。本文包含的任何附图构成本说明书的一部分，并且附图包括了本发明的示例性实施例，并示出了它们的各种目的和特征。
附图说明
参考附图描述了详细描述。在附图中，附图标记的最左边的数字标识出了该附图标记首次出现在其中的附图。相同的数字在附图中始终用来表示相同的特征和组件。
图1示出了根据本主题的实施例的文丘里致动的竖直轴线风力涡轮机的前视图。
图2示出了根据本主题的实施例的文丘里致动的竖直轴线风力涡轮机的俯视截面图。
图3示出了根据本主题的实施例的文丘里致动的竖直轴线风力涡轮机的基座的俯视图。
图4示出了布置在根据本主题的实施例的文丘里致动的竖直轴线风力涡轮机中的前文提到的基座上的转子翼片组件。
图5示出了一种根据本主题的实施例的水平扩散器和竖直扩散器的布置的放置的方法。
图6示出了根据本主题的实施例的文丘里致动的竖直轴线风力涡轮机的竖直截面图。
具体实施方式
现在将详细地讨论本公开的示出其所有特征的一些实施例。词语“包括(comprising)”、“具有”、“含有”和“包括(including)”及其其它形式旨在是意义等同的，并且是开放式的，因为这些词中的任何一个词之后的一项或多项并不意味着成为该项或这些项的详尽列举，或着并不意味着仅限于列出项或多项。还必须注意，如本文和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确说明。尽管用于实现应用的混合部署的任何系统和方法，但是与本文描述的那些系统和方法类似或等同的可以用于本公开的实施例的实践或测试中，现在描述用于实现应用的混合部署的示例性系统和方法。用于实现应用的混合部署的所公开的实施例仅仅是本公开的示例，本公开可以以各种形式来体现。
对实施例的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中的普适原理可被应用到用于实现应用的混合部署的其它实施例。然而，本领域的普通技术人员将容易认识到，用于文丘里致动的竖直轴线风力涡轮机的本公开并不旨在限于所描述的实施例，但符合与本文中所描述的原理和特征一致的最广范围。
本公开涉及一种被称为具有改进的转子翼片的文丘里致动的竖直轴线风力涡轮机的系统，其包括扩散器，所述扩散器由与一个或多个水平扩散器[102]联接的多个几何形状的竖直扩散器[101]构造，其中，每个竖直扩散器[101]都包括前侧和尾侧；其中前侧和尾侧逐渐锥化为刀刃状边缘，并且其中每个竖直扩散器具有连接至顶盖的上端和连接至圆锥基座[103]的下端，每个竖直扩散器取向为提供交错角。
本发明的一个实施例具有附接至中心杆[301]的360°径向布置的转子翼片组件。转子翼片组件的径向布置具有固定的竖直扩散器[101]以及水平扩散器[102]的外环，在风撞击翼片[401]之前，竖直扩散器和水平扩散器将从任何方向进入的风引导到单个方向。风在进入竖直扩散器[101]的外组件的同时通过更宽的空间进入并且通过较窄的出口被挤压，从而在风撞击翼片[401]之前增加了风的压力。在该特定实施例中，风力涡轮机组件的顶部和底部为行进向内的圆锥形状，以最大化地利用风吹扫的区域，这继而有助于提高效率。
此外，所描述发明还包括由具有前缘和尾缘的多个几何形状的转子翼片[401]构造的转子，该转子翼片具有成形为从所述转子翼片前缘向所述转子翼片尾缘凸出的上表面以及成形为从所述转子翼片前缘向所述转子翼片尾缘凹入的下表面，每个转子翼片具有固定至旋转基座的上端以及固定至相似旋转基座的下端，所述旋转基座构造并布置成围绕竖直扩散器部段中的纵向轴线旋转；其中所述竖直扩散器的尾侧构造并布置成产生回旋速度，从而流体流在冲击转子翼片之前被加速；其中被引导通过两个相邻竖直扩散器的流体被加速以用于增强转子翼片组件的旋转。
改进的转子翼片的组合件被构造成使得该组合模仿与较小的翼片联接的较大的翼片，其在第一翼片上产生推动作用以及在相反侧上在相同方向上产生拉动作用，从而提高涡轮机的效率。
在一个实施例中，具有改进的转子翼片的文丘里致动的竖直轴线风力涡轮机包括竖直扩散器，该竖直扩散器包括在中线的前侧和尾侧处的两条切线之间的转向角，该转向角在0和22.5度之间。
在另一个实施例中，具有改进的转子翼片的文丘里驱动的竖直轴线风力涡轮机包括竖直扩散器[101]的尾侧，该尾侧向一侧不对称地锥化，以有效地引导流体流。
在又一个实施例中，具有改进的转子翼片的竖直轴线风力涡轮机包括转子翼片[401]，所述转子翼片包括在中线的前缘和尾缘处的两条切线之间的转向角，该转向角在0和90度之间。
在一个实施例中，具有改进的转子翼片的竖直轴线风力涡轮机包括转子翼片[401]组件的每一个，其包括但不限于，中心翼片、多个槽[402]、缝翼[403]、以及从缝翼[403]的前缘延伸到尾缘的襟翼[404]。
在另一个实施例中，具有改进的转子翼片的竖直轴线风力涡轮机包括中心翼片[401]，使得槽[402]和襟翼[404]结合在一起以形成单个转子翼片。
在一个实施例中，具有改进的转子翼片的竖直轴线风力涡轮机包括转子翼片组件[401]，其中多个转子翼片独立地调节和引导部件之间的流体流。
在另一个实施例中，具有改进的转子翼片的竖直轴线风力涡轮机包括外圆柱形支撑件和附接至竖直扩散器[101]的基座[103]，所述基座连接至内中心杆[301]和基座通过向内的锥形板[103]附接至转子翼片组件[401]，其中锥形板由具有低表面摩擦的材料制成。
在又一个实施例中，具有改进的转子翼片的竖直轴线风力涡轮机包括锥形基座[103]，其由单个连续材料板或单独的材料条带制成。
在一个实施例中，具有改进的转子翼片的竖直轴线风力涡轮机包括缝翼[403]、中心翼片[401]、槽[402]和襟翼[404]中的每一种，它们可以在周转路径中独立于彼此并相对于彼此移动。

Claims (12)

1.一种竖直轴线风力涡轮机，包括：
扩散器，所述扩散器由与一个或多个水平扩散器联接的多个几何形状的竖直扩散器构造成；其中，每个所述竖直扩散器包括前侧和尾侧；其中，所述前侧和所述尾侧逐渐锥化为刀刃状边缘，并且其中，每个所述竖直扩散器具有连接至顶盖的上端和连接至圆形基座的下端，每个竖直扩散器的取向为提供交错角；
转子，所述转子由具有前缘和尾缘的多个几何形状的转子翼片构造成，所述转子翼片具有成形为从所述转子翼片前缘向所述转子翼片尾缘凸出的上表面以及成形为从所述转子翼片前缘向所述转子翼片尾缘凹入的下表面，每个转子翼片具有固定至旋转基座的上端以及固定至相似旋转基座的下端，所述旋转基座构造并布置成围绕所述竖直扩散器部段中的纵向轴线旋转；其中，所述竖直扩散器的尾侧构造并布置成产生回旋速度，从而流体流在冲击所述转子翼片之前被加速；其中，被引导通过两个相邻竖直扩散器的流体被加速以用于增强转子翼片组件的旋转。
2.根据权利要求1所述的竖直轴线风力涡轮机，其中，每个所述竖直扩散器包括在中线的前侧和尾侧处的两条切线之间的转向角，所述转向角在0和22.5度之间。
3.根据权利要求1所述的竖直轴线风力涡轮机，其中，所述尾侧向一侧不对称地锥化，以有效地引导流体流。
4.根据权利要求1所述的竖直轴线风力涡轮机，其中，所述转子翼片包括在中线的前缘和尾缘之间的两条切线之间的转向角，所述转向角在0度和90度之间。
5.根据权利要求1所述的竖直轴线风力涡轮机，其中，每个所述转子翼片组件包括中心翼片、多个槽、缝翼和从所述缝翼的前缘延伸到所述缝翼的尾缘的襟翼。
6.根据权利要求7所述的竖直轴线风力涡轮机，其中，中心翼片、槽、缝翼和襟翼结合在一起以形成单个转子翼片。
7.根据权利要求1所述的竖直轴线风力涡轮机，其中，多个所述转子翼片独立地调节和引导部件之间的流体流。
8.根据权利要求1所述的竖直轴线风力涡轮机，其中，外圆柱形支撑件和附接至所述竖直扩散器的基座连接至内圆形支撑件和通过向内的锥形板连接至所述转子翼片组件的基座，其中，所述锥形板是由任何具有低表面摩擦的材料制成。
9.根据权利要求8所述的竖直轴线风力涡轮机，其中，所述锥形板可以是通过任何已知方法结合在一起的单个连续材料板或单独的材料条。
10.根据权利要求1所述的竖直轴线风力涡轮机，其中，所述缝翼、所述中心翼片、所述槽、和所述襟翼中的每一个可以在周转路径中独立于彼此并且相对于彼此移动。
11.根据权利要求1所述的竖直轴线风力涡轮机，其中，产生的功率等于P＝1/2(rho)AKV3，
其中，(rho)是密度的乘积，(A)是正面面积，(K)是效率系数，(V)是流体速度。
12.根据权利要求11所述的竖直轴线风力涡轮机，其中，所述效率系数(K)随各种流体速度而变化。
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